煤层气多分支水平井技术在ZP05-1H井的应用

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摘 要：ZP05-1H井是渤海钻探在山西沁水施工的一口煤层气多分支水平井，以ZP05-1H井的实钻资料和现场施工经验为基础，结合有关的理论进行了总结与分析，全面概括了ZP05-1H井钻井工艺的特点和成功的经验，深入剖析了钻井工艺中的不足之处。本文的主要内容包括井身剖面设计与轨迹控制、水平井与洞穴井对接、悬空侧钻分支井控制、井下仪器打捞等工艺。ZP05-1H井的钻井工艺不仅具有科学的理论依据，而且经过了现场的应用，证明其具有一定的参考价值和指导作用。

关键词：煤层气；多分支水平井；地质导向；欠平衡

中图分类号：TD84 文献标识码:A

1 ZP05-1H井钻井工艺概况

ZP05-1H井多分支水平井工艺集成了连通工艺、充气欠平衡、地质导向技术等许多现代先进钻井技术，是一项技术含量高、涉及多家专业服务队伍的系统工程。整个施工过程中动用了许多新式的工具和仪器，例如用于两井连通的电磁测量装置、小尺寸的地质导向工具、欠平衡相关装备等。zp05-1h井组由两口井组成，即洞穴井和多分支水平井。该井的施工顺序为：首先钻洞穴井并在其井底煤层段造一符合现场要求的洞穴，接着开始多分支水平井的钻进，采用近钻头电磁测距的方法将两井连通，最后完成煤层中的主水平井眼和多个分支井眼。

2 二开上直段及定向段施工概况

2.1 二开上直段的监测与控制井眼轨迹技术

（1)为了有效的监测二开上直段井眼轨迹，确保优质的井身质量，二开施工采用大钟摆钻具，使用MWD进行跟踪监测，ZP05-1H井于2010年5月25日22:00 二开，钻具组合如下：

￠215.9mm钻头+双母接头+循环接头(MWD)+￠165mmNDc×2根+ ￠214mm扶正器 +￠165mmLDc×7根+￠127mmWDp×24根+￠127mm Dp。

钻进至井深142.5米，发现井斜和方位不符合定向施工要求，及时起钻，更换钻具组合进行轨迹控制，将实钻位移控制在设计方位的反方向，井斜控制在1～2°之内，走反向位移，增加与连通点的位移长度，便于下一步施工。钻具组合如下：

钻具结构：￠215.9mm钻头+￠172mm×（1°）可调单弯螺杆 +循环接头(MWD)+￠165mmNDc×2根+ ￠165mmLDc×7根+￠127mmWDp×24根+￠127mm Dp。

（2)钻井参数控制

钻进参数：钻压：50～80kN；排量：25～28l/s；泵压： 5MPa；

根据现场的实际情况，及时调整钻井参数，必要时采取吊打方式，轻压钻进。

（3)造斜点的选择

综合多点与MWD测斜数据，根据实钻井眼轨迹，预测井底并做待钻设计，确定井深605米为造斜点深度。

5月31日直井段钻进至井深570后起钻下入增斜钻具复合钻进调整至605米开始定向钻进。

2.2造斜段井眼轨迹控制与着陆点选择

(1)造斜段施工措施

根据设计造斜率11°/30m，下入可调式单弯2°，使下入的造斜工具原则上高于设计造斜率20。

钻具结构：￠215.9mm钻头+￠172mm×（2°）可调单弯螺杆 +循环接头(MWD)+￠127mmNDP×2根+￠127mmWDp×24根+￠127mm Dp。

(2)着陆点的确定与连通前的准备

依据邻井的施工经验，ZP05-1H井着陆点井斜控制在86-88°之间，靶前位移控制在60-65m，在实际施工中随着轨迹的变化做好待钻设计，确保连通之前有足够的调整井段。

为了准确确定着陆点，定向井施工人员密切配合地质施工人员做好工作，为地质人员提供需要井斜、方位、垂深等数据，要求地质施工人员提供着陆点的垂深，并以书面的形式下达技术指令。

施工过程中，定向井工程师及时掌握下入井内的工具控制轨迹的能力，做到精确预测井底的轨迹参数，精确控制井眼轨迹。

6月3日定向钻进至井深823米钻达录井提供的着陆点垂深，二开完钻。

3 分支井水平段的施工工艺

选择下井螺杆的思路和方法：首先考虑钻井工艺要求：井眼尺寸、钻井排量、井底温度、钻头转速、水眼压降、造斜率及钻井液类型，从而具体确定导向螺杆钻具的结构和工作参数，并确定所需的型号和规格。

钻具结构：￠152.4mm钻头+￠120.7mm单弯螺杆（1.5°）+浮阀+循环接头(MWD+伽马) + ￠88.9mmNWDp×1根+￠88.9mmDp×93根

在主井眼的钻进过程中，定向井工程师详细记录每个单根的施工过程以及测斜记录，计算造斜工具的造斜率，并为选择合适的侧钻点提供依据。

侧钻点的选择、悬空侧钻分支控制方法：侧钻点选择的地层要比较稳定，井径规则，全角变化率小的井段。侧钻点确定后，将工具面摆至主井眼方位左右，保持工具面不变，开泵慢慢上提下放钻具6-8米，划槽3-5次，以利于侧钻成功；将钻头放置侧钻点，工具面放在90～120°开始控制钻时进行侧钻，前1米控制钻时在2m/h，2-3m控制钻时在3m/h，4-6m控制钻时在4m/h，7-9m控制钻时在5m/h，工具面逐渐向分支方向转变，10-14m控制钻时在6-10m/h，然后加钻压20-40KN调整工具面按设计方位正常钻进。

4 取得的经验与成果

1 井身结构和井眼轨迹得到优化。根据设计最高造斜率11°/30m，选择可调式马达2°-2.25之间，使下入的造斜工具原则上高于设计造斜率20。二开井眼轨迹设计与控制就描准连通点，技术套管下深兼顾3号煤层，这一优化在ZP05-1H井实施取得较好效果，井眼轨迹平滑，技术套管垂深距3号煤顶0.75米。

2 采用几何导向方法，穿针以煤层地质导向为主改为几何导向为主。钻达地质技术人员提供的着陆点垂深，着陆点井斜控制在81-83°之间，靶前位移控制在60-65m，确保连通之前有足够的调整井段，这一优化方案在郑平05-1H井实施取得较好效果，连通一次成功，。

3 通过对海蓝MWD仪器的成功改进，解决了海蓝仪器水平段脱键问题.解决了海蓝MWD仪器不能打捞的缺点，ZP05-1H井三开水平段下入可打捞仪器，在发生卡钻事故后，成功打捞出落井仪器，减少了事故损失。

4 初步形成监测和处理煤层垮塌的措施。通过认真总结分析2次卡钻事故原因，结合以前的施工经验，从尽早发现垮塌现象，尽快采取相应措施入手，制定了针对性管理、技术、操作措施，减少了垮塌卡钻事故的发生。

结论

1、由于煤层承压强度低，技术套管一定不能下到煤层中，防止固井时将煤层压裂，导致后续钻进过程中的井壁坍塌。

2、煤层气钻井施工最关键技术之一是地质导向，地质导向是否准确，使用方向伽玛是必要的手段，应加大资金投入购置EMWD测量仪器。

3、完善充气欠平衡工艺，解决注意压力波动大的问题、防止煤屑憋堵造成卡钻。

4、深入研究煤层垮塌原因，对如何预防垮塌和提高携岩能力进行技术攻关。

参考文献

[1] 郑毅等．中国煤层气钻井完井技术发展现状及发展方向[N]．石油学报．2002(3)